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L-精氨酸（L-Arg）的耗竭在癌症治疗中引起了极大的关注。尽管两种类型的精氨酸消耗酶，即精氨酸脱氨酶（ADI）和人精氨酸酶I，正在进行临床试验，但PEG化的随机位点、重金属作为辅助因子的低效性和免疫原性限制了这些药物的性能，并导致难以均匀生产。在此，我们筛选了10种催化金属离子，并通过将Cys45残基与PEG-马来酰亚胺共轭，成功地生产了一个位点特异性的单PEG化的人精氨酸酶I突变体，将活性的降低降至最低，并生产出了同质的产品。富含金属离子的人精氨酸酶I突变体（HAI）的催化效率趋势是Co2+ > Ni2+ ≫Mn2+。Co-HAI和Ni-HAI的整体kcat/KM值分别比Mn-HAI高~8.7倍和~5.2倍。此外，酶动力学和圆二色光谱分析结果表明，附着在HAI表面的20或40kDa的线性和支链PEG并不影响酶的活性和蛋白质的二级结构。体外研究表明，Co-HAI-PEG20L和Ni-HAI-PEG20L都能抑制8种类型的癌症细胞系的生长。对小鼠的药效学研究表明，静脉注射13毫克/千克的Co-HAI-PEG20L和15毫克/千克的Ni-HAI-PEG20L能够在一次注射后120多小时内保持L-Arg水平低于其检测限。小鼠的体重可以在注射后5天内恢复到正常水平，显示出这些剂量的耐受性良好。因此，Ni-HAI-PEG20L和Co-HAI-PEG20L都是有希望的癌症治疗候选物。
本实验中使用到的赛诺邦格mPEG-MAL产品如下：
Chung S F , Kim C F , Tam S Y , et al. A bioengineered arginine-depleting enzyme as a long-lasting therapeutic agent against cancer[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2020, 104(6).
https://doi.org/10.1007/s00253-020-10484-4
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